플레로비움 동위 원소

Isotopes of flerovium
플레로비움의 주요 동위 원소 (114Fl)
이소슈토페 썩다
멋쩍은 춤추다 반평생 (t1/2) 모드 프로이덕트
284[1][2] 동음이의 2.5 ms SF
285[3] 동음이의 0.1초 α 281씨엔
286 동음이의 0.17초 40% α 282씨엔
60% SF
287[4] 동음이의 0.54초 α 283씨엔
EC? 287NH
288 동음이의 0.64초 α 284씨엔
289 동음이의 1.9초 α 285씨엔
290[5][6] 동음이의 19초? EC 290NH
α 286씨엔

플레로비움(114Fl)은 합성 원소여서 표준 원자량을 줄 수 없다. 모든 합성 원소와 마찬가지로 안정적인 동위원소가 없다. 합성된 최초의 동위원소는 1999년(또는 아마도 1998년)의 Fl이었다. 플레로비움은 7개의 알려진 동위원소와 2개의 핵 이소머를 가지고 있다. 가장 수명이 긴 동위원소는 반감기가 1.9초인 FL이지만 확인되지 않은 FL은 19초의 반감기가 더 길어질 수 있다.

동위 원소 목록

뉴클리드
Z N 동위원소 질량 (Da)
[n 1][n 2]
하프라이프
썩다
모드

[n 3]

동위 원소

스핀 앤 앤
동등성
[n 4]
284[7] 114 170 2.5 ms SF (iii) 0+
285 114 171 285.18364(47)# 100 ms[3] α 281씨엔 3/2+#
286[n 5] 114 172 286.18424(71)# 130 ms SF(60%) (iii) 0+
α (40%) 282씨엔
287 114 173 287.18678(66)# 510(+180-100) ms α 283씨엔
EC? 287NH
288 114 174 288.18757(91)# 0.8(+27−16) s α 284씨엔 0+
289 114 175 289.19042(60)# 2.6˚12-7)초 α 285씨엔 5/2+#
290[n 6] 114 176 19초? EC 290NH 0+
α 286씨엔
표 머리글 및 바닥글:
  1. ^ ( ) – 불확실성(1σ)은 해당 마지막 자리 뒤에 괄호 안에 간결한 형태로 주어진다.
  2. ^ # – 원자 질량 표시 #: 순수하게 실험적인 데이터에서 도출된 값과 불확실성, 적어도 부분적으로는 질량 표면(TMS)의 경향에서 도출된 값과 불확실성.
  3. ^ 붕괴 모드:
    EC: 전자 포획
    SF: 자연분열
  4. ^ # – #로 표시된 값은 순수하게 실험 데이터에서 도출된 것이 아니라 최소한 부분적으로 인접 핵종(TNN)의 경향에서 도출된 것이다.
  5. ^ 직접 합성되지 않음, Og의 붕괴 사슬에서 생산됨
  6. ^ 이 동위원소는 확인되지 않았다.
  • N=184는 닫힌 중성자 껍질에 해당할 것으로 예상되기 때문에 FL의 반감기가 비교적 길다는 이론이 있다.

동위 원소 및 핵 특성

핵합성법

Z=114 복합핵으로 이어지는 표적-발사체 조합

아래 표에는 원자 번호 114의 복합핵 형성에 사용될 수 있는 표적과 발사체의 다양한 조합이 포함되어 있다.

대상 발사체 씨엔 시도결과
208PB 76Ge 284 현재까지 실패
238U 50 288 계획반응[8]
238U 48 286 아직 반응을 시도하지 않음
244PU 48CA 292 성공반응
242PU 48CA 290 성공반응
240PU 48CA 288 성공반응
239PU 48CA 287 성공반응
250CM 40아르 290 아직 반응을 시도하지 않음
248CM 40아르 288 현재까지[9] 실패

콜드 퓨전

이 절에서는 이른바 "냉" 핵융합 반응에 의한 플레로비움의 핵 합성을 다룬다. 이것들은 낮은 흥분 에너지(약 10–20 MeV, 따라서 "콜드")에서 복합핵을 생성하여 핵분열로 인한 생존 확률을 높이는 과정이다. 흥분된 핵은 한 두 개의 중성자만 방출함으로써 지상으로 분해된다.

208Pb(76Ge,xn)284−xFl

냉온 핵융합 반응에서 플레로비움을 합성하려는 첫 시도는 2003년 프랑스 GANIL(Grand accelérateur National dion lourds, GANIL)에서 이루어졌다. 1.2 pb의 항복 한계를 제공하는 원자는 검출되지 않았다. RIKEN 팀은 이 반응을 연구할 계획을 밝혔다.

핫퓨전

이 절에서는 이른바 "핫" 핵융합 반응에 의한 플레로비움의 핵 합성을 다룬다. 이것들은 높은 흥분 에너지(약 40–50 MeV, 따라서 "핫")에서 복합핵을 생성하여 핵분열로 인한 생존 확률을 감소시키는 과정이다. 그러면 흥분된 핵은 3–5 중성자의 배출을 통해 지상으로 분해된다. Ca nuclei를 활용한 핵융합 반응은 보통 중간 흥분 에너지(약 30–35 MeV)를 가진 복합핵을 생성하며, 때로는 "따뜻한" 핵융합 반응으로 일컬어지기도 한다. 이것은 부분적으로 이러한 반응에서 상대적으로 높은 수익률로 이어진다.

248Cm(40Ar,xn)288-x

초 헤비 원소 합성을 위한 최초의 시도 중 하나는 1968년 로렌스 버클리 국립 연구소에서 앨버트 기르소연구원과 스탠 톰슨 연구원에 의해 수행되었다. 초중핵에 기인하는 사건은 확인되지 않았다. 복합핵 FL(N = 174)이 N = 184에서 예측한 닫힌 쉘보다 10개의 중성자가 부족하기 때문에 이것은 예상되었다.[10] 이 첫 번째 실패한 합성 시도는 고온 핵융합 반응에서 생성 가능한 초중량 핵에 대한 단면 및 반감기 한계의 초기 징후를 제공했다.[9]

244Pu(48Ca,xn)292−xFl (x=2,3,4,5)

플레로비움의 합성에 대한 첫 실험은 1998년 11월 두브나에서 팀에 의해 수행되었다. 그들은 FL에 할당된 긴 부패 사슬 하나를 탐지할 수 있었다.[11] 이 반응은 1999년에 반복되었고 추가로 두 개의 플레로비움 원자가 검출되었다. 그 제품들은 FL에 할당되었다.[12] 그 팀은 2002년의 반응을 더 연구했다. 3n, 4n, 5n 중성자 증발 가스 배출 함수를 측정하는 동안 그들은 3개의 Fl 원자와 12개의 새 동위원소 Fl 원자와 1개의 새로운 동위원소 Fl 원자를 검출할 수 있었다. 이러한 결과에 기초하여 검출할 첫 번째 원자는 FL이나 FL에 임시로 재지정되었고, 이후 두 원자는 FL에 재지정되어 비공식적인 발견 실험에 속한다.[13] 동위원소 cn으로서의 코페르니슘의 화학적 작용을 연구하기 위한 시도로, 2007년 4월에 이러한 반응이 반복되었다. 놀랍게도 PSI-FLNR은 플레로비움의 첫 번째 화학 연구의 기초를 이루는 두 개의 Fl 원자를 직접 검출했다.

2008년 6월에는 Fl 동위원소를 사용하여 원소의 화학성을 더욱 평가하기 위해 실험을 반복하였다. 원소의 고귀한 가스 같은 성질을 확인하기 위해 하나의 원자가 검출되었다.

2009년 5월~7월 동안 GSI 팀은 테네신 합성을 위한 첫 단계로 이 반응을 처음으로 연구했다. 연구팀은 FLFL에 대한 합성과 붕괴 데이터를 확인할 수 있었고, 전 동위원소의 9개 원자와 후자의 4개 원자를 생산했다.[14][15]

242Pu(48Ca,xn)290−xFl (x=2,3,4,5)

두브나 연구팀은 1999년 3월~4월 이 반응을 처음 연구했고 FL에 할당된 두 개의 플레로비움 원자를 검출했다.[16] 이러한 반응은 cn에 대한 상충되는 데이터가 수집되었기 때문에 fl과 cn에 대한 붕괴 데이터를 확인하기 위해 2003년 9월에 반복되었다(코페르니슘 참조). 러시아 과학자들은 2n, 3n, 4n의 흥분 함수를 측정하여 FL, FL 및 새로운 동위원소 FL에 대한 붕괴 데이터를 측정할 수 있었다.[17][18]

2006년 4월 PSI-FLNR 협업을 통해 cn을 오버슈트 제품으로 생산하여 코페르니슘의 첫 번째 화학적 특성을 결정하는 데 이 반응을 이용하였다. 2007년 4월의 확인 실험에서 연구팀은 FL을 직접 검출할 수 있었고 따라서 플레로비움의 원자 화학적 특성에 대한 초기 데이터를 측정할 수 있었다.

버클리 연구팀은 버클리 가스충전 분리막(BGS)을 이용해 2009년 1월 위의 반응을 이용해 플레로비움의 합성을 시도함으로써 새롭게 획득한 Pu 표적을 이용해 연구를 계속하였다. 2009년 9월, 측정된 단면은 약간 낮지만, 통계는 질은 낮지만 FLNR에서 보고된 붕괴 성질을 확인하면서 플레로비움 원자의 2개 검출에 성공했다고 보고하였다.[19]

2009년 4월, JINRPaul Scherer Institute(PSI)와 Flerov Laboratory of Nuclear Reactions(FLNR)의 협업을 통해 이 반응을 이용한 플레로비움의 화학에 대한 또 다른 연구를 수행하였다. cn의 단일 원자가 검출됐다.

2010년 12월, LBNL 팀은 새로운 동위원소 FL의 단일 원자 합성을 발표하였고, 그 결과 딸 원소 5개의 새로운 동위원소가 관측되었다.

239,240Pu(48Ca,xn)287,288−xFl(Pu의 경우 x=3, Pu의 경우 4)

그 FLNR 특히 283Fl과 284Fl의 붕괴 제품은 밝은 superheavy 요소 있습니다. 저온 핵 융합에 의해 208Pb과209Bi 목표와 더운 결합으로 48Ca 프로를 가지고 형성되고 설립된 이 동위 원소 사이의 틈을 메꿀 것으로 예상됐던 계획 flerovium의 빛의 동위 원소 연구하기 위해, 그 반작용으로 239나 240Pu과 48Ca에 형성되: 있었다.jectiles. 이러한 반응은 2015년에 연구되었다. 새로운 동위원소 하나가 Pu(48Ca,4n)와 Pu(48Ca,3n) 반응 모두에서 발견되었는데, 이는 급속한 자연분열 FL로 안정성의 섬에서 중성자가 부족한 가장자리를 명확하게 구분해 주었다. 3개의 FL 원자도 생산되었다.[20] 이 두브나 팀인 2017년에는 285Fl의 3개의 새로운 일관된 부패 사슬, 이 핵종에서 딸들에 약간의 이성체의 주를 통할지도 모르는 추가 붕괴 사슬, 287Fl(아마 242Pu 불순물 이 목표에로 인한)에 할당될 수 있는 체인, 그리고 몇몇 spontan하는240Pu+48Ca 반응 수사를 반복했다.eous 핵 분열 충전된 입자의 증발과 관련된 측면 반응을 포함한 다른 해석도 가능하지만 일부는 FL에서 발생할 수 있는 사건.[21]

붕괴제품으로

플레로비움의 동위 원소들은 간모륨오가네슨부패 사슬에서도 관찰되었다.

증발잔류물 관측된 FL 동위원소
294Lv? 290fl?
293LV 289
292LV 288
291LV 287
294오그, Lv 286

수축 동위 원소

285

1999년 Og의 청구 합성에서는 동위원소 FL이 0.58ms의 반감기를 가진 11.35MeV 알파 방출에 의해 붕괴되는 것으로 확인되었다. 그 주장은 2001년에 철회되었다. 이 동위원소는 마침내 2010년에 만들어졌고 그것의 붕괴 특성은 이전에 발표된 붕괴 데이터의 제작을 지지했다.

동위원소 발견 연대기

동위원소 발견된 연도 발견반응
284 2015 239Pu(48Ca,3n)
240Pu(48Ca,4n)
285 2010 242Pu(48Ca,5n)
286 2002 249Cf(48Ca,3n) [23]
287 2002 244Pu(48Ca,5n)
288 2002 244Pu(48Ca,4n)
289 1999 244Pu(48Ca,3n)
290fl? 1998 244Pu(48Ca,2n)

원자번호 114의 복합핵분열

복합핵 FL의 핵분열 특성을 연구하는 두브나의 플레로프 핵반응 연구소에서 2000년과 2004년 사이에 여러 실험이 수행되었다. 사용된 핵반응은 Pu+48Ca이다. 그 결과 Sn(Z=50, N=82)과 같은 닫힌 쉘핵(Sn=50, N=82)을 내보냄으로써 주로 이러한 핵분열과 같은 핵이 어떻게 방출되는지를 밝혀냈다. 또한, 핵융합 방출 경로의 수율이 Ca와 Fe 발사체 사이에 유사하여, 초헤비 원소 형성에 Fe 발사체를 향후 사용할 수 있음을 나타냈다.[24]

핵 이성질체론

289

처음 주장된 플레로비움의 합성에서는 Fle로 할당된 동위원소가 평생 30초의 9.71 MeV 알파 입자를 방출하여 부패했다. 이 활동은 이 동위원소의 직접 합성의 반복으로 관찰되지 않았다. 그러나 LV 합성의 한 경우에서 9.63 MeV 알파 입자의 수명 2.7분의 방출로 시작하여 붕괴 사슬을 측정하였다. 이후의 모든 해독은 부모의 부패가 누락되었다고 가정하여 FL에서 관찰된 것과 매우 유사했다. 이는 활동을 이등분 수준에 할당해야 함을 강력히 시사한다. 최근 실험에서 활동이 없다는 것은 이소체의 수율이 추정된 지상 상태에 비해 20%에 이르며, 첫 실험에서 관측된 것이 행운(혹은 사례 이력이 나타내듯이)이었음을 나타낸다. 이러한 문제들을 해결하기 위해서는 더 많은 연구가 필요하다.

이러한 초기 실험에서 빔 에너지가 2n 채널을 충분히 그럴듯하게 만들 수 있을 정도로 매우 낮은 수준으로 설정되었기 때문에 이러한 검출은 FL 때문일 수 있다. 이 과제에는 검출되지 않은 전자 포획을 Nh에 포섭할 필요가 있는데, Fl의 딸들의 긴 반감기가 모두 짝수라면 자발적 핵분열로 설명하기 어려울 것이기 때문이다. 이것은 마치 예전의 이성체의 289mFl, 285mCn, 281mDs, 277mHs 있으므로 실제로 290Nh(로 검출기 이 쇠퇴 모드로 민감하지 않다 290Fl의 전자 포획, 지나가는 것), 286Rg, 282Mt고 자발적으로 작278Bh들이 가장neutron-rich 초중 원소의 동위 원소들 오늘날까지 알려진를 만들고자:이 맞다고 말할 수 있겠습니다.잘 체계적인 tren.d 중성자로써 반감기를 증가시키는 것. 이 체인은 베타-피복선을 향한 초중량 핵에 추가되며, 이 체인은 매우 가까이에서 종료된다. 간모륨 모체는 알려진 모든 핵 중에서 가장 높은 중성자 번호(178)를 가지는 Lv에 할당될 수 있지만, 이러한 모든 과제는 Pu+48Ca 및 Cm+48Ca 반응에서 2n 채널에 도달하는 것을 목표로 하는 실험을 통해 추가적인 확인이 필요하다.[5]

287

FL과 유사한 방식으로 Pu 표적을 사용한 첫 실험에서 수명이 5.5초인 10.29 MeV 알파 입자를 방출하여 동위원소 Fl이 붕괴하는 것을 확인했다. 딸은 이전의 cn 합성에 따라 일생과 함께 자연분열했다. 이 두 활동 모두 이후 관찰되지 않았다(코페르니슘 참조). 그러나 이 상관관계는 그 결과가 무작위적이지 않고 생산방식에 따라 수율이 명백히 좌우되는 이소머의 형성이 있기 때문에 가능한 것임을 시사한다. 이러한 불일치를 해결하기 위해서는 더 많은 연구가 필요하다. 또한 이러한 활동이 플라이 잔여물의 전자 포획에 기인하고 실제로 nh와 그 딸 rg에서 기인하는 것일 가능성도 있다.[4]

2016년 현재 Z = 114, 116, 118 또는 120으로 초중량 원소에서 관찰된 알파 붕괴 사슬의 요약. 점점이 있는 핵종에 대한 과제(Fl과 Fl의 이성질론 대신 Nh와 Nh를 대체 설명으로 포함하는 초기 더블나 체인 5, 8 포함)는 잠정적이다.[4]

동위 원소 산출량

아래 표는 플레로비움 동위원소를 직접 생성하는 핵융합 반응을 위한 단면 및 흥분 에너지를 제공한다. 굵은 글씨로 된 데이터는 흥분 함수 측정에서 도출된 최대치를 나타낸다. +는 관측된 출구 채널을 나타낸다.

콜드 퓨전

발사체 대상 씨엔 1n 2n 3n
76Ge 208PB 284 <1.2pb>

핫퓨전

발사체 대상 씨엔 2n 3n 4n 5n
48CA 242PU 290 0.5PB, 32.5MeV 3.6PB, 40.0MeV 4.5PB, 40.0MeV <1.4PB, 45.0MeV>
48CA 244PU 292 1.7PB, 40.0MeV 5.3PB, 40.0MeV 1.1PB, 52.0MeV

이론적 계산

증발 잔류물 단면

아래 표에는 다양한 중성자 증발 채널에서 단면 수율에 대한 추정치가 계산에 제공된 다양한 표적-실사 조합이 수록되어 있다. 기대수익률이 가장 높은 채널이 주어진다.

MD = 다차원, DNS = 탈핵 시스템, σ = 단면

대상 발사체 씨엔 채널(제품) σmax 모델 참조
208PB 76Ge 284 1n(283Fl) 60 fb DNS [25]
208PB 73Ge 281 1n(280Fl) 0.2PB DNS [25]
238U 50 288 2n(286Fl) 60 fb DNS [26]
238U 48 286 2n(284Fl) 45.1 fb DNS [27]
244PU 48CA 292 4n(288Fl) 4PB MD [28]
242PU 48CA 290 3n(287Fl) 3PB MD [28]
250CM 40아르 290 4n(286Fl) 79.6 fb DNS [27]
248CM 40아르 288 4n(284Fl) 35 fb DNS [27]

붕괴특성

플레로비움 동위원소의 알파 붕괴 반감기에 대한 이론적 추정은 실험 데이터를 뒷받침한다.[29][30] 핵분열 생존 동위원소 FL은 17일 전후로 알파 붕괴 반감기를 가질 것으로 예측된다.[31][32]

안정의 섬 찾기: 298

거시적 미시적(MM) 이론에 따르면 Z = 114는 다음 구형의 마법 숫자일 수 있다.[33][34] Z = 114의 영역에서 MM 이론은 N = 184가 다음 구면 중성자 마법 숫자임을 나타내며, Pb(Z = 82, N = 126) 이후 다음 구면 2배 마법핵의 강력한 후보로서 핵 Fl을 내세운다. 298FL은 장수 초중핵으로 구성된 가상의 "안정성의 섬"의 중심에 있는 것으로 간주된다. 그러나 상대론적 평균장(RMF) 이론을 이용한 다른 계산에서는 선택한 매개변수 집합에 따라 Z = 120, 122 및 126을 대체 양성자 마법 숫자로 제안하며, 일부는 Z = 114 또는 N = 184를 완전히 생략한다.[33][34] 또한 특정 양성자 껍질의 봉우리보다는 Z = 114–126에서 양성자 껍질 효과의 고원이 존재할 가능성도 있다.

FL 근처의 안정성 섬은 특히 쉘 폐쇄 근처의 더 큰 핵분열 장벽 높이의 결과로 구성되는 에 대한 안정성을 높일 것으로 예측된다.[33][35] 높은 핵분열 장벽이 예상되기 때문에, 안정성의 이 섬 내의 어떤 은 알파 방출에 의해서만 붕괴될 것이고, 따라서, 가장 긴 반감기를 가진 핵은 FL일 수 있다; 이 핵의 반감기에 대한 예측은 분에서 수십억 년까지 다양하다.[36] 그러나 가장 오래 사는 핵은 FL이 아니라 FL(N = 183)이 중성자가 손상되지 않아 반감기가 더 길어질 가능성도 있다.[37] 다른 계산에 따르면 안정성은 대신 N = 184(수백 년 반 리브) 부근의 다르슈타듐 또는 코페르니슘의 베타 안정 동위원소에서 최고조에 달하며 안정성의 상한에는 플레로비움이 있다.[35][38]

Z=114 닫힌 양성자 껍질에 대한 증거

닫힌 중성자 껍질에 대한 증거는 지상 상태 전환에 대한 Q α 체계적 변화로부터 직접 간주될 수 있지만, 닫힌 양성자 껍질에 대한 증거는 (부분) 자발적 핵분열 반감기에서 나온다. 이런 데이터는 낮은 생산률과 취약한 SF 분기점으로 인해 추출이 어려울 수 있다. Z=114의 경우, 이 제안된 폐쇄 쉘의 효과에 대한 증거는 핵 쌍인 Cn(T1SF/2 = 0.8 ms)과 Fl(T1SF/2 = 130 ms), Cn(TSF = 97 ms)과 Fl(TSF > 800 ms)의 비교에서 나온다. 추가적인 증거는 LvOg(둘 다 N = 174 동위원소)와 같이 Z > 114로 핵의 부분 SF 반감기 측정에서 나올 것이다. Z = 114 효과의 추출은 이 지역에서 지배적인 N = 184 효과가 존재하기 때문에 복잡하다.

FL 합성 난이도

사용 가능한 발사체, 목표물의 조합이 없는 충분한 중성자에 안정성의 섬 내에 핵을 채우는 데 사용할 수 있는 핵 298Fl의 fusion-evaporation 경로에 의해 직접 합성 때문에 현재 기술로는,, 방사능 빔(44S 같은) 충분한 강도와 a를 만들기 위해 생산될 수 없는 것은 거의 불가능하다nexp실현 가능한 [38]소실

그러한 중성자가 풍부한 동위원소는 거대한 핵의 quasifission(부분 핵분열에 따른 부분 핵융합)에 의해 형성될 수 있다는 것이 제안되었다. 그러한 핵은 닫힌 쉘 Z = 20/N = 20 40(Ca), Z = 50/N = 82 132(Sn) 또는 Z = 82/N = 126 208(Pb/209Bi)에 가까운 동위원소 형성과 핵분열하는 경향이 있다. 최근에는 특히 Z = 114의 영역에 강한 쉘 효과가 있는 경우 안정성의 섬에 위치한 중성자가 풍부한 초중핵을 합성하기 위해 (우라늄큐륨과 같은)액티니드 핵의 충돌 시 다핵 전달 반응을 사용할 수 있다는 것이 밝혀졌다.[38][39] 이것이 정말로 가능하다면, 그러한 반응은 다음과 같을 수 있다.[40]

238
92
U
+ 238
92
U
298
114
Fl
+ 178
70
Yb

참조

  1. ^ utyonkov, V.K. 외 (2015) 안정성의 한계에 있는 초헤비핵의 합성: Pu + CaCf + Ca 반응. 2015년 3월 31일 ~ 4월 2일, 텍사스 A&M 대학, 칼리지 스테이션 TX, 슈퍼 헤비 핵 국제 심포지엄
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